伽师瓜生长季气候变化特征及其对发育期和产量的影响

胡启瑞 李锦虎 王森 郭燕云 吉春容

摘    要：為探明新疆伽师瓜生长季气候变化特征及其对发育期和产量的影响，选取喀什地区伽师县1981—2019年气温、降水、日照和发育期及产量资料，采用Mann-Kendall突变检测、气候倾向率和相关性检验等方法，分析伽师瓜生育期气候变化特征及其影响。结果表明，近39年来，伽师瓜生育期平均气温和≥10℃积温明显增加，降水和日照时数呈不显著增加趋势。平均气温在2000年发生突变，突变后上升了1.0 ℃。≥10 ℃积温在2002年发生突变，突变后升高了333.75 ℃·d。伽师瓜生育期内气温、日照时数、降水量和平均地温呈上升趋势，平均相对湿度呈减少趋势，其中最高气温、最低气温、平均气温和平均地温（5 cm）上升显著（P<0.05）。伽师瓜出苗期和坐果期与5月最低气温呈显著正相关，成熟期分别与7、8月的5 cm地面温度呈显著负相关，全生育期与7、8月日照时数呈显著负相关。温度是影响伽师瓜发育期的关键因子，伽师瓜从播种到坐果期提前，成熟期推迟，全生育期延长。伽师瓜气象产量与≥10 ℃积温呈显著正相关，与4月降水量呈显著负相关。近39年来伽师县的气象条件基本满足伽师瓜的需求，但是生长季内日照时数偏少，对伽师瓜产量有不利影响，建议当地合理选择种植早、中熟品种。

关键词：气候变化;伽师瓜;发育期;气象产量

中图分类号：S652.1;S162.5+5      文献标识码：A      DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.05.015

Abstract： In order to clarify the characteristics of climate change and its influence on development period and yield of Jiashi melon， the development period and yield data of Jiashi melon from 1981 to 2019 were selected. The variation characteristics of climatic factors during the growth season of Jiashi melon were revealed， such as temperature， precipitation， and sunshine hours.The Mann-Kendall mutation detection， climate tendency rate and correlation test were used to analyze the characteristics and its influence on development period and yield of Jiashi melon. The results showed that in the past 39 years， the average temperature and≥10 ℃ accumulative temperature increased significantly. The average temperature had a sudden change in 2000 and it rose by 1.0 ℃ before and after the sudden change.The≥10 ℃ accumulated temperature had a sudden change in 2002， and it increased by 333.75 ℃·d before and after the sudden change. During the growth period of Jiashi melon， the temperature， sunshine hours， precipitation and average ground temperature showed an upward trend， and the average relative humidity showed a decreasing trend. The maximum temperature， minimum temperature， average temperature and average ground temperature （5 cm） increased significantly （P<0.05）.The seedling period and fruit setting period of Jiashi melon were significantly positively correlated with the lowest temperature of May， the maturity period was significantly negatively correlated with the 5 cm ground temperature of July and August， the full growth period was significantly negatively correlated with the sunshine hours of July and August. Temperature was a important factor affecting the growth period of Jiashi melon. The period of Jiashi melon from seeding to fruit setting was advanced， the maturity period was delayed， and the whole growth period was extended. The meteorological production of Jiashi melon was significantly positively correlated with the≥10℃accumulated temperature， and was significantly negatively correlated with the precipitation of April. In the past 39 years， the climate conditions in Jiashi have meet the growth needs of Jiashi melons， but the sunshine hours during the growing period are relatively small， which has an negative effect on the growth of Jiashi melons. It is suggested that the early and mid-maturing varieties should be selected reasonably.

Key words： climate change; Jiashi melon; development period; meteorological yield

全球气候变暖背景下，近百年来中国年平均地表气温明显上升，气候呈暖干化趋势[1-2]。新疆从20世纪80年代中后期开始气候逐渐向增温、增湿方向发展[3-4]，南疆环塔里木盆地林果基地在2000年以后增温、增湿趋势显著。气候变暖背景下新疆极端天气、气候事件频发，对新疆的生态环境[5-7]、水文[8]以及种植结构[9-10]等方面产生了深远影响。研究发现，全疆气候暖湿化的变化趋势有利于林果产品产量的提高，但是气候出现异常波动变化时（急剧增温、增湿和减温、减湿）会造成林果产品产量降低[11]。前人[12-15]针对气候变化对农作物的影响做了大量工作，主要以小麦、水稻、玉米等大作物以及红枣、酿酒、苹果等林果为主。伽师瓜（Jiashi muskmelon）属于葫芦科（Cutrbitaceae）黄瓜属（Cucumis L.）甜瓜亚属（MeloJeffrey）的一个甜瓜品种[16]，是新疆甜瓜中的晚熟厚皮脆肉类型的农家品种，因源于新疆塔克拉玛干沙漠西沿的伽师县而得名，现已成为当地农民持续增收的支柱产业。目前，对伽师瓜的研究主要集中在高产栽培、节水灌溉、储藏保鲜、病虫害防治和生长气象条件分析等方面[17-20]，气候变化对伽师瓜生长发育影响的研究较少。因此，有必要分析当前气候变化背景下，伽师瓜生长季气候变化特征及对发育期和产量的影响。本文以伽师瓜为研究对象，在分析气候变化的基础上，探讨伽师瓜生长发育期及产量与气候要素的关系，旨在阐明伽师瓜生育期气候变化的特征及其对伽师瓜生长的影响，以期为决策部门合理利用农业气候资源、制定适应气候变化的对策等提供有力的科技支撑。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及数据来源

气候要素数据选取1981—2019年新疆伽师县逐年4—8月的气温、降水量、日照时数等资料，数据来源于新疆气象信息中心。发育期来源于伽师县气象局和新疆农业科学院2005—2019年伽师瓜发育期观测资料。为便于日期的统计计算，以1月1日为起点，转化为日序资料，得到发育期的时间序列。产量数据选取1999—2018年，数据来源于新疆统计年鉴。

1.2 研究方法

通过采用线性回归法分析发育期、产量的年际变化趋势及其与各气候因子的相关性[21-22]，采用曼-肯德尔（Mann-Kendall）突变检测法进行气象要素变化的突变特征分析[23-24]。伽师瓜的气象产量等于实际产量减去时间趋势产量，时间趋势产量用的是5年滑动平均值[25]。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel进行数据处理，利用SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 气候因子年际变化

2.1.1 气温 伽师瓜一般从4月中旬开始播种，8月中旬左右成熟，其生长季为为4下旬—8月中旬。近39 年伽师瓜生长季（4—8月）内平均气温22.09 ℃，气温虽有波动，但整体呈增加趋势，气候倾向率为0.44 ℃·（10 a）-1且通过了0.001显著性水平检验（图1-A）。利用Mann-Kendall突变检验法（以下简称M-K法）计算各气象要素的正序列曲线（UF）、反序列曲线（UB），若UF和UB出现交叉点，且交叉点位于信度线之间，这点对应的时间点便是突变开始的时刻。从图1-B看出，伽师瓜生育期平均气温M-K突变检验结果中UF曲线从20世纪90年代末开始大于0，说明从20世纪90年代末年平均气温呈上升趋势，且20世纪90年代末以来，这种增暖趋势均超过显著性水平0.05临界线（U0.05=±1.96），甚至超过0.001显著性水平（U0.001=±2.56），表明气温上升趋势十分显著。根据UF和UB曲线交点位置，确定伽师瓜生育期平均气温在20世纪90年代末发生突变，突变年是2000年，2001—2019年与1981—2000年相比，平均气温升高1.05 ℃。

2.1.2 ≥10 ℃积温 近39年伽师瓜生长季≥10 ℃积温平均为4 347.85 ℃·d，整体呈增加趋势，气候倾向率为156.4 ℃·d·（10 a）-1，最高年（2008年）和最低年（1991年）相差1 106.4 ℃·d（圖2-A）。从积温的M-K突变检验结果看出图2-B，UF曲线从20世纪90年代末后期呈上升趋势，2014年后，这种增暖趋势均超过显著性水平0.05临界线甚至超过0.001显著性水平，表明≥10 ℃积温上升趋势极显著。根据UF和UB曲线交点的位置确定≥10 ℃积温在2002年发生突变，2003—2019年与1981—2002年相比，≥10 ℃积温升高333.75 ℃·d。

2.1.3 日照时数 近39年伽师瓜生长季多年平均日照时数为1 448.4 h，增加趋势不显著，气候倾向率为2.15 h·（10 a）-1，最高年（1964年）和最低年（1982年）相差434.2 h（图3-A）。从图3-B看出，UF曲线从21世纪开始出现波动上升趋势，UF和UB有多个交点，计算日照时数累计距平发现日照时数在20世纪80年代后期日照时数增加，对1986年前后日照时数均值做t检验，未通过限显著性检验，说明日照时数在1981—2019年期间未现出显著性变化趋势。

2.1.4 降水量 近39年伽师瓜生长季多年降水量40.16 mm，整体呈增加趋势，气候倾向率为1.4 mm·（10 a）-1，最高年（2005年）和最低年（2001年）相差85.7 mm（图4-A）。从降水量M-K突变检验结果表明（图4-B），UF与UB有多个交叉点且未通过显著性水平0.05临界线，说明1981—2019年期间降水量未现出显著性变化趋势。

2.2 气候因子月际变化特征

伽师瓜一般在4月下旬播种，8月中旬左右成熟。从表1可以看出，伽师瓜生长季内最高气温、最低气温、平均气温、日照时数、降水量和平均地温呈增加趋势，平均相对湿度总体呈减少趋势，其中最高气温、最低气温、平均气温和平均地温（5 cm）上升显著（P<0.05）。伽师瓜生长后期（7—8月），最高、最低气温变化显著，收获期（8月）最高气温、平均气温、降水量和日照时数呈减少趋势。

2.3 伽师瓜发育期变化特征

从发育期变化的趋势来看，近15年来伽师瓜在4月中下旬播种，8月上旬收获。播种期、出苗期、伸蔓期和坐果期都有不同程度的提前趋势，但变化未通过显著性检验，收获期呈不显著延迟趋势，延迟幅度为1～2 d·（10 a）-1（表2）。伽师瓜全生育平均为110 d，且以2.1 d·（10 a）-1的倾向率延迟。不同生育期间隔日数呈增加趋势，年际间变化率较大的是坐果期-收获期为2.3 d·（10 a）-1（表3）。

2.4 伽师瓜产量变化特征

从图5可以看出，近20年来（1999—2018年），伽师瓜实际单产呈增加趋势，每年增速为946 kg·hm-2，但变化趋势不显著。气象产量用实际产量减去趋势产量可以得到。伽师瓜的气象产量年际变化-19 427～17 392 kg·hm-2，平均值为-1 434.55 kg·hm-2，多年来变化趋势不显著。气象产量为正值的年份有5年，2011年为负值，气候条件对伽师瓜总体上有不利影响。

2.5 气象因子对伽师瓜发育期的影响

从表4可以看出，伽师瓜发育期受温度的影响比较明显。播种期与平均地面温度呈负相关关系。出苗期和坐果期与5月最低气温呈显著正相关关系（P<0.01）。成熟期与5月平均气温呈显著正相关关系（P<0.01），与7—8月平均5 cm地温呈显著负相关关系。全生育期与7—8月的日照时数呈显著负相关关系（P<0.05）。近39年来，伽师瓜生长季内各月气温、日照、降水呈增加趋势，春季气温回升较快、积温增加、热量条件好，会促使各发育期均表现出提前趋势。全生育期的变化趋势与生长后期日照时数呈负相关关系，日照增加，生育期会缩短。

2.6 气象因子对伽师瓜产量的影响

統计伽师瓜气象产量与生长季内温度、降水、日照时数、积温等的相关关系，结果表明各月气温与伽师瓜气象产量总体呈正相关关系，但未通过显著性检验。4月的降水对伽师瓜气象产量的影响比较明显，4月正处于伽师瓜播种期，降水过多会造成出苗困难。6—7月的日照时数与伽师瓜气象产量的相关系数为0.445，0.397，6—7月正值伽师瓜坐果期及果实膨大期，光照充足、光合作用强利于有机质的积累，但伽师瓜生长季6、7月日照时数增加不显著，对伽师瓜增产略有影响（表5）。≥10 ℃的积温与气象产量呈显著正相关关系，近39年来，伽师瓜生长季≥10 ℃的积温显著增加，积温条件有利于伽师瓜气象产量形成。

3 结论与讨论

（1）近39年来（1981—2019年）伽师瓜生长季气温、降水、日照和≥10 ℃积温均呈不同程度增加趋势，其中气温增加显著，降水和日照变化趋势不明显。伽师瓜生长期内各月最高气温、最低气温、平均气温、日照时数、降水量和平均地温呈上升趋势，平均相对湿度呈减少趋势，其中最高气温、最低气温、平均气温和平均地温（5 cm）上升显著。

（2）近14年来（2005—2019年）伽师瓜播种期到坐果期各发育期均有不同程度的提前趋势，成熟期延迟趋势不显著，全生育期不显著延长。温度和日照对伽师瓜发育期影响明显，降水和平均湿度对发育期影响较小。

（3）近20年来（1999—2018年），伽师瓜实际产量和气象产量呈不显著增加，气象产量为正值的年份有5年，11年为负值，气候条件对晚熟伽师瓜总体上有不利影响。≥10 ℃积温与6月日照时数对伽师瓜产量影响显著。

伽师瓜属于喜光作物，生长期最适宜温度在20～30 ℃，整个生育期要求日照时数在1 500 h以上，15 ℃有效积温在2 500 ℃·d以上[26]。本研究表明，近39年来伽师县的气温和积温条件满足伽师瓜的需求，但是生长季内的日照时数偏少，多年平均为1 448.36 h，对伽师瓜生长发育有不利影响。伽师瓜苗期光照不足，植株茎蔓细长，瘦弱，叶片薄，色淡，易徒长，易感染病害。花期光照不足，会使植株徒长，坐果受障碍[27]。坐果期和果实膨大期光照时间不足，会造成光合产物减少，坐瓜困难，果实生长缓慢，单瓜重减少，含糖量降低[28]。鉴于近39年来伽师县气候变化特征，建议当地合理选择种植早中、熟品种。此外，气候变化与伽师瓜品质的关系及其影响尚不清楚，有待于进一步研究。

对比本研究中年尺度、月尺度气候因子和伽师瓜发育期的相关分析结果，热量条件中温度对发育期的影响显著。但本研究发现了平均地温对发育期的提前或推迟效应，表明干旱区伽师瓜主产地应重视地温对伽师瓜发育期的影响。

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